美國(guó)UL58規(guī)范國(guó)內(nèi)應(yīng)用的補(bǔ)充建議

張志強(qiáng) 趙樹炳 趙振興

(中國(guó)石油天然氣管道工程有限公司)

隨著石油化工企業(yè)國(guó)際化進(jìn)程加快，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)加劇，熟練掌握國(guó)際工程設(shè)計(jì)規(guī)范顯得尤為重要。埋地常壓臥式油罐是油庫、加油站與站場(chǎng)和地面配套工程中的常見設(shè)備，由于儲(chǔ)罐不是關(guān)鍵設(shè)備和控制性工程，且設(shè)計(jì)保守安全系數(shù)大，雖然在很多國(guó)際工程上并沒有按業(yè)主要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，最后往往也能被業(yè)主接受。埋地臥式常壓罐常用來儲(chǔ)存汽油、柴油及煤油等燃料，被廣泛應(yīng)用于油庫和加油站等場(chǎng)所。同地上普通臥式罐相比，具有隱蔽、油品蒸發(fā)損耗少、施工快、消防設(shè)施簡(jiǎn)單、可靠的防火防爆能力、節(jié)省土地資源以及工程造價(jià)低等特點(diǎn)。國(guó)內(nèi)埋地臥式常壓罐的設(shè)計(jì)主要依據(jù)規(guī)范NB/T 47003.1和JB/T4731，適用于國(guó)內(nèi)工程和極少數(shù)能接受中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的國(guó)外工程。UL58標(biāo)準(zhǔn)是可燃和易燃液體用的鋼制地下儲(chǔ)罐規(guī)范，由美國(guó)保險(xiǎn)業(yè)實(shí)驗(yàn)室公司發(fā)布，是國(guó)際上普遍認(rèn)可的埋地臥式常壓油罐建造規(guī)范。相對(duì)于中國(guó)規(guī)范而言，美國(guó)規(guī)范UL58專門針對(duì)埋地常壓臥式油罐建造，更加全面和注重細(xì)節(jié)，可操作性更強(qiáng)[1～3]。筆者著重對(duì)UL58規(guī)范主要內(nèi)容進(jìn)行說明，并提出一些實(shí)用的建議。

1 規(guī)范適用范圍

UL58埋地常壓罐定義：罐頂操作壓力(表壓)介于-3.5～6.9kPa之間的儲(chǔ)罐。埋地是指埋深超過305mm，且與回填土直接接觸。

尺寸限制：容積不超過80 000gal(即302 833L)、直徑不超過12ft(3.66m)、長(zhǎng)度不超過直徑8倍。

2 規(guī)范主要內(nèi)容

2.1 容積確定

實(shí)際容積不應(yīng)小于額定容積，且不超過110%額定容積。計(jì)算實(shí)際容積時(shí)，總?cè)莘e按最低接管高度計(jì)算。也就是說，如果罐頂以下有側(cè)向接管時(shí)，把最低接管以上部分算作總?cè)莘e的一部分，可能導(dǎo)致容積不夠。同時(shí)應(yīng)注意，罐體總長(zhǎng)不應(yīng)超過其直徑8倍。國(guó)內(nèi)規(guī)范并無類似規(guī)定，設(shè)計(jì)人員通用的做法是，只要幾何容積稍大于額定容積即可。

2.2 壁厚計(jì)算

采用羅克(Roark)方程計(jì)算殼體所需最小壁厚或者采用試驗(yàn)方法驗(yàn)證抗壓能力：

tsmin=[(p1Lr3/2(1-μ2)3/4)/(0.807Es)]0.4

式中Es——鋼材彈性模量；

L——儲(chǔ)罐長(zhǎng)度，inch；

p1——浸入水中的儲(chǔ)罐底部計(jì)算外壓，psi，但不小于5ft(1.52m)水柱壓力；

r——儲(chǔ)罐半徑，inch；

μ——泊松比，通常取0.3。

2.3 加強(qiáng)圈

臥罐中點(diǎn)處設(shè)一道加強(qiáng)圈，罐體長(zhǎng)度可增加25%；在罐體長(zhǎng)度的1/3和2/3處分別設(shè)置加強(qiáng)圈，罐體長(zhǎng)度可增加40%；但無論如何長(zhǎng)度不應(yīng)超過直徑8倍。

加強(qiáng)圈所需慣性矩計(jì)算公式為：

Ireq=(0.11p1LD3)/Es

式中D——儲(chǔ)罐外徑，inch；

L——加強(qiáng)筋間距，inch 。

UL58僅允許在容器內(nèi)部設(shè)置加強(qiáng)圈(國(guó)內(nèi)規(guī)范內(nèi)外均可)。加強(qiáng)圈與筒體采用間斷焊，焊縫長(zhǎng)度1inch(25.4mm)，相鄰焊縫間隔不超過12inch(305mm)。加強(qiáng)圈頂部和底部應(yīng)留有缺口，方便液體和蒸汽通過。

2.4 材料

材料選用ASTM A36、ASTM A1011/A1011M、ASTM A635/635M，或者含碳量不超過0.3%、碳當(dāng)量不超過0.53%、機(jī)械性能和焊接特性不低于上述材料的其他材料。不銹鋼材料選用ASTM A167、ASTM A240。

2.5 開孔

罐體上開孔接管采用法蘭或螺紋連接，螺紋管接頭擰入前，應(yīng)在螺紋處涂上密封劑。埋地罐進(jìn)油口與工藝管道采用焊接形式，在國(guó)內(nèi)工程行得通，但不能用于國(guó)外工程設(shè)計(jì)，這點(diǎn)要注意。

對(duì)于直徑不超過8ft(2.44m)的儲(chǔ)罐，應(yīng)在距罐體頂部中心軸線12inch(305mm)范圍內(nèi)開孔；對(duì)于直徑大于8ft(2.44m)的儲(chǔ)罐，應(yīng)在距罐體頂部中心軸線15°范圍內(nèi)開孔。

應(yīng)設(shè)置放空管，尺寸與進(jìn)油管尺寸相同，且不小于規(guī)范中依據(jù)容積查得的放空管直徑。如果放空管設(shè)置在人孔蓋上，應(yīng)在人孔蓋上至少預(yù)留另一處放空管開孔接管，并用木塞及管帽等進(jìn)行保護(hù)。

2.6 擋料板

每個(gè)接管的正下方應(yīng)居中設(shè)置擋料板。板厚不低于0.24inch(6.1mm)，寬度不小于8inch(203mm)，面積不小于64inch2(0.04m2)。對(duì)于8inch(203mm)以上帶管件的開孔接管，擋料板不小于開孔大小。

擋料板能起到防止沖蝕和飛濺、抗靜電和穩(wěn)定物料的作用。國(guó)內(nèi)埋地油罐幾乎都不設(shè)置擋料板，規(guī)范也無此要求。

2.7 制造要求

筒體和封頭均可拼接，其自身接頭及連接接頭可采用對(duì)接、搭接形式。

2.8 外壓測(cè)試

儲(chǔ)罐裝入測(cè)試裝置后沒入水中，支架不能對(duì)儲(chǔ)罐底部施加任何拉應(yīng)力或壓應(yīng)力。罐頂沒入深度等于實(shí)際埋深，但不得小于5ft(1.52m)，持續(xù)1h。外壓測(cè)試后，不應(yīng)產(chǎn)生泄漏、垮塌、壓裂和屈曲(產(chǎn)生直徑的5%撓度)。

2.9 吊耳測(cè)試

通過吊耳提升兩倍空罐重量，不少于1s的時(shí)間，吊耳和連接處沒有撕裂、泄漏、破損現(xiàn)象。吊耳測(cè)試應(yīng)在泄漏測(cè)試之前完成。

2.10 泄漏測(cè)試

可通過兩種方式檢驗(yàn)密封性能：氣壓3～5psi(20.7～34.5kPa)加肥皂水、亞麻仁油等，或者充滿水并加壓至表壓5psi(34.5kPa)。

2.11 標(biāo)識(shí)

銘牌應(yīng)放置在罐頂距罐體中心截面3ft(0.9m)范圍內(nèi)。不可以在可移動(dòng)部件上放置標(biāo)識(shí)，如人孔蓋。

銘牌內(nèi)容應(yīng)注明燃料等級(jí)“易燃”、罐體層數(shù)“單層、雙層或三層”和壓實(shí)系數(shù)。

3 規(guī)范中不足及應(yīng)用建議

3.1關(guān)于儲(chǔ)罐計(jì)算長(zhǎng)度，規(guī)范的描述是封頭之間長(zhǎng)度，這種表述并不確切，設(shè)計(jì)人員建議取筒體長(zhǎng)度與封頭折算成圓筒時(shí)的長(zhǎng)度之和[4]。

3.2規(guī)范對(duì)制造要求比較松，缺少殼體圓度要求，且筒體拼接允許采用搭接接頭，不利于底部排液和保證橢圓度，建議采用對(duì)接接頭。

3.3規(guī)范規(guī)定用試驗(yàn)方式來保證設(shè)備質(zhì)量，制造完成后首先進(jìn)行外壓測(cè)試，如果發(fā)現(xiàn)泄漏需修補(bǔ)并重新進(jìn)行測(cè)試。規(guī)范缺少對(duì)焊接接頭的檢測(cè)，畢竟臥罐要充裝油品埋在地下的，建議增加一個(gè)接頭系數(shù)，進(jìn)行局部的無損檢測(cè)。

3.4規(guī)范沒有提到臥罐支座的設(shè)置要求。通常，地下臥罐常采用多個(gè)支座，使載荷比較均勻地通過基礎(chǔ)傳給地基?；A(chǔ)可用磚石砌筑或用混凝土制作。如果地下臥罐全部或局部埋入最高地下水位面以下，且空罐有浮起可能時(shí)，臥罐應(yīng)通過扁鋼卡箍與基礎(chǔ)錨固在一起。當(dāng)?shù)叵滤徊桓邥r(shí)，臥罐也可直接置于素土基礎(chǔ)上，素土地基也可做成有一定包角的鞍式形狀，并在素土地基上鋪設(shè)砂墊層。

3.5地下臥罐一般可作為柔性管處理，回填土不僅是一種荷重，而且也是一種抵抗地下臥罐變形的介質(zhì)，回填土愈密實(shí)和地下管柔性愈大，則土

壤彈性抗力的影響愈大。在土壤彈性抗力的作用下，臥罐的實(shí)際受力狀況是：周向彎矩將顯著降低，但周向力則有所增大。所以選擇合適的回填系數(shù)很有必要，也不用擔(dān)心臥罐的強(qiáng)度問題。

[1] UL58, Steel Underground Tanks for Flammable and Combustible Liquids [S].New York: Underwriters Laboratories inc., 2012.

[2] NB/T 47003.1-2009，鋼制焊接常壓容器[S].北京：新華出版社，2009.

[3] JB/T 4731-2005，鋼制臥式容器[S].北京：新華出版社，2005.

[4] ASME Boiler & Pressure Vessel Code VIII Division 1, Rules for Construction of Pressure Vessels [S].New York: ASME Boiler and Pressure Vessel Committee, 2013.